淺析混凝土公路橋梁的常見病害

楊宇丹

北京海龍公路工程公司（102209）

隨著交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大,對公路橋梁的危害也越來越大，以致在橋梁設(shè)計與施工上、日常養(yǎng)護過程中或多或少存在的缺陷也不同程度地造成各類橋梁病害，對交通運輸造成不同程度的影響，橋梁病害越來越引起工程界的高度重視。

橋梁病害是指人為的(勘察、設(shè)計、施工、使用等)或自然的(地質(zhì)、風(fēng)雨、冰凍等)原因，使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求的問題和現(xiàn)象。對橋梁進行病害分析，提出相應(yīng)對策，進行維修加固，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

根據(jù)近幾年統(tǒng)計數(shù)據(jù):混凝土橋梁出現(xiàn)頻率最高的病害有:橋面鋪裝的病害、橋梁裂縫、基礎(chǔ)不均勻沉降、橋頭跳車等。

1 橋面鋪裝的常見缺陷及成因

橋面直接承受車輛荷載，最容易產(chǎn)生病害。橋面鋪裝的損壞會引起單梁受力甚至破壞。資料顯示，混凝土橋面鋪裝層的損壞占公路總維修的1/3，維修工作量和費用十分驚人，鋪裝層的病害主要表現(xiàn)為鋪裝層出現(xiàn)縱、橫向裂縫及網(wǎng)狀裂縫，鋪裝層剝落，出現(xiàn)碎裂、脫落等破壞現(xiàn)象，伸縮縫處鋪裝破損等形式。

1.1 瀝青類鋪裝層的缺陷及形成原因

瀝青類鋪裝層所產(chǎn)生的缺陷主要有松散、車轍、唧漿、網(wǎng)裂、龜裂、坑洞等。

1）松散原因:①瀝青用量偏少，壓實度不夠，或瀝青溫度過高，瀝青老化失去粘結(jié)力造成,石料中粉塵過多等；②橋面積水無法排出，在車輛荷載下使瀝青和石料脫離造成松散。

2）車轍原因:①壓實度不夠，空隙率大，尤其是超重車的行駛造成車轍，在主車道發(fā)生較多；②瀝青混凝土的熱穩(wěn)定性差（軟化點低），瀝青混合料級配不佳,瀝青用量過多，在夏季高溫，容易形成車轍。

3）唧漿原因:①瀝青鋪裝層的空隙率偏大，滲水進入難以排出，行車反復(fù)碾壓形成唧漿；②底層清掃不徹底形成隔層，使得粘層（防水層）起不到應(yīng)有的作用。雨水進入后在行車的反復(fù)作用下即形成唧漿;③冷接縫和與路肩結(jié)合處未按要求涂粘層瀝青，造成雨水滲入，經(jīng)行車碾壓即形成唧漿；④瀝青混合料不均勻，局部不均勻。在雨天，車輛荷載作用下，由于瀝青脫落很快就會冒出白漿。

4）網(wǎng)裂、龜裂原因:①瀝青性能不好，油層老化，路面使用疲勞、衰減，反復(fù)多次的微裂，即會形成較大面積的網(wǎng)裂，嚴重時形成龜裂；②水泥混凝土鋪裝層強度不夠，引起嚴重的龜裂；③施工時瀝青混合料溫度過高，瀝青老化，失去粘性；④碾壓未達到規(guī)定的密實度，空隙率過大；⑤透層油不起作用造成隔層，在車輛荷載長期作用下即形成網(wǎng)裂、龜裂。

坑洞形成的原因較多，由網(wǎng)裂、龜裂、唧漿繼續(xù)發(fā)展即形成坑洞，由前邊病害的擴展而形成。

1.2 混凝土鋪裝層的缺陷及成因

1）磨光:由于鋪裝層集料抗磨性能差或交通量過大引起。2）裂縫:因施工不良、溫度變化以及橋面板或梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大撓曲應(yīng)力所致。有網(wǎng)裂、縱橫裂縫等。3）脫皮、露骨:由于施工時沒有一次成型，厚度不夠或者裂縫在車輛沖擊力作用下，表層產(chǎn)生脫皮或局部破壞露骨。4）松散破碎:由于強度不足，在車輪沖擊下造成破壞。

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫缺陷及成因

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的,裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。但裂縫的成因不外乎以下兩類:

結(jié)構(gòu)性裂縫即由外荷載引起的裂縫，預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在其他嚴重問題。

非結(jié)構(gòu)性裂縫即由變形引起的裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結(jié)構(gòu)變形在內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力,當(dāng)此應(yīng)力達到混凝土抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫。

兩類裂縫有明顯的區(qū)別,危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。資料表明，非結(jié)構(gòu)性裂縫約占80%；結(jié)構(gòu)性裂縫約占20%。不管是那一種裂縫，只要裂縫的寬度和數(shù)量超出規(guī)范容許的范圍和限度，都會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)惡化，影響到橋梁的承載力和使用壽命。

2.1 結(jié)構(gòu)性裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫歸納起來分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，如基礎(chǔ)不均勻沉降、超限車輛通過等。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。如:由于結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，如橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等。因此，若處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。實際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。

2.2 非結(jié)構(gòu)性裂縫

1）收縮裂縫:在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。2）溫度裂縫:溫度變化將引起混凝土熱脹冷縮變形，從而在內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達到混凝土的抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫。溫度裂縫區(qū)別于其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

另外還有鋼筋銹脹裂縫、凍脹引起的裂縫、施工材料質(zhì)量引起的裂縫和施工工藝質(zhì)量引起的裂縫等同樣都很重要。

2.3 混凝土腐蝕

混凝土的腐蝕一般來說可以概括為:堿-集料反應(yīng)、鹽腐蝕和凍融。

混凝土堿-集料反應(yīng)是指來自水泥、外加劑和環(huán)境中的堿金屬離子與沙石等集料中的活性組分發(fā)生膨脹性化學(xué)反應(yīng)，從而造成混凝土結(jié)構(gòu)從內(nèi)部開始的脹裂,在表面上出現(xiàn)龜裂或地圖狀裂紋，直至整體開裂，甚至破壞。這種病害稱為混凝土的“癌癥”。破壞需要三個條件:混凝土的高堿性、碎石中富含的堿活性成分以及水。

當(dāng)含鹽水進入混凝土結(jié)構(gòu)達到飽和，當(dāng)外界環(huán)境非常干燥或干濕條件下時，分別造成混凝土中鹽分濃度增加和鹽結(jié)晶,造成混凝土的膨脹破壞，引起鹽腐蝕。

寒冷地區(qū)有較長的冰凍期，滲入到混凝土中的水結(jié)冰、融化，如此反復(fù)進行，導(dǎo)致混凝土的裂縫不斷擴大，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慢性破壞作用。凍融的結(jié)果，加劇了堿-集料反應(yīng)和鹽腐蝕的破壞作用。

2.4 混凝土的碳化

碳化是指水泥石中的水化產(chǎn)物與周圍環(huán)境中的二氧化碳作用生成碳酸鹽或其他物質(zhì)的現(xiàn)象。碳化將直接影響混凝土結(jié)構(gòu)物的性質(zhì)及耐久性。混凝土的碳化是一個緩慢的過程，取決于混凝土的密實性、水泥品種、水化物中氫氧化鈣的含量等內(nèi)部因素，以及大氣中二氧化碳的濃度和壓力、混凝土的濕度等外部因素。

2.5 鋼筋腐蝕

保護層厚度不足以及混凝土不密實都是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的主要原因,它使混凝土堿性降低，減弱鋼筋的保護作用，導(dǎo)致了鋼筋的銹蝕。

結(jié)構(gòu)的其它表層缺陷也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕,隨著蜂窩、掉角、剝落、露筋、裂縫等病害的發(fā)展,往往使結(jié)構(gòu)鋼筋直接暴露在外界條件下而發(fā)生銹蝕。

混凝土中的鋼筋腐蝕一般為電化學(xué)腐蝕。影響電化學(xué)腐蝕的因素有環(huán)境的濕度、溫度、氧氣濃度等,濕度越大、溫度越高、氧氣濃度越大,腐蝕越嚴重。

3 橋梁基礎(chǔ)病害及成因

由于地基勘察精度不夠，試驗資料不準(zhǔn)。在沒有充分掌握地質(zhì)情況時就設(shè)計、施工，或者是地質(zhì)軟硬不均差距太大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別較大、地基凍脹和地基地質(zhì)發(fā)生變化等都會導(dǎo)致基礎(chǔ)的不均勻沉降。基礎(chǔ)病害類型主要有:基礎(chǔ)沉降、基礎(chǔ)的滑移和傾斜和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的異常應(yīng)力和開裂等。

4 橋頭跳車及成因

橋頭跳車是指道路與橋梁臺背的銜接區(qū)域出現(xiàn)的路面或搭板變形、斷裂，甚至坑槽，嚴重影響了行車的安全、速度、舒適及其使用壽命。其原因主要有如下幾方面:

4.1 地基土質(zhì)不良

橋涵通常位于溝壑地段，地下水位高，且多屬軟土，一旦受到荷載影響，則極易產(chǎn)生沉降，再加上橋頭路基填筑高度較大，在車輛荷載作用下更容易引起地基沉陷，特別是施工后沉降較大。

4.2 臺背填料的影響

臺背填料一般為滲透性材料，空隙率大，施工中很難將填料顆粒間的孔隙完全消除。在公路自重及車輛的垂直荷載與振動荷載作用下,孔隙率降低，密實度逐漸增大,便在一定期限內(nèi)產(chǎn)生路基沉降，造成跳車。

4.3 剛?cè)嵬蛔円鸬某料萏?/h3>

剛性較大的橋臺與剛度較小、柔性較大的彈塑性體路基相連，在車輛荷載作用下，這個剛度差引起道路與橋臺之間產(chǎn)生較大的塑性變形和剛度突變，增強了橋頭跳車的震動效果。

4.4 設(shè)計與施工造成

未按設(shè)計規(guī)范要求在橋臺前后正確地設(shè)置過渡段，特別對于軟基路段，在沉降還未穩(wěn)定時直接鋪筑路面,沒有嚴格按施工規(guī)范進行臺背回填，松鋪厚度過厚、回填速度過快、壓實度不夠、材料把關(guān)不嚴、臺背的防護排水處置不規(guī)范，施工便道處理不規(guī)范造成不穩(wěn)定，工后產(chǎn)生不均勻沉降造成。

5 支座病害及成因

支座直接傳遞荷載，其的病害直接影響到梁板的安全，其病害主要是支座與梁板和支承墊石不密貼或脫空，形成空隙，造成梁板支承處局部懸空，形成梁板“三條腿”現(xiàn)象，從而造成梁板的損壞和橋面鋪裝開裂等，危及行車安全。

造成支座病害的主要原因有一是設(shè)計時對支承墊石及梁底支承部分的縱橫坡和標(biāo)高精度不夠，二是在施工時控制不嚴，特別是墊石標(biāo)高、幾何尺寸、平整度不符合設(shè)計，造成在架設(shè)梁板時采用墊鋼板或砂漿進行調(diào)整，從而形成不密貼或脫空等。

6 結(jié)論

對于上述出現(xiàn)的各類橋梁病害，在現(xiàn)實工作中只要嚴格按規(guī)范控制設(shè)計與施工，均能有效的避免或減少，對已出現(xiàn)的各類病害，應(yīng)認真分析產(chǎn)生的原因和危害,采用不同的處理方式來滿足使用需要。如橋面鋪裝的破壞無論是水泥混凝土橋面還是瀝青混凝土橋面,通常是將破損的部位清理出來，然后鋪筑；對裂縫的修補常用方法有:填縫、表面抹灰、鑿槽嵌補、表面粘貼和表面噴漿等方法，目前常用的是壓力灌漿修補法等等。

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